Функциональные задачи, решаемые в ГИС

Лекция 2. Принципы функционирования ГИС.

1. Функциональные задачи, решаемые в ГИС

2. Системы сбора геопространственных данных

3. Системы представления картографических данных в ГИС

Функциональные задачи, решаемые в ГИС

ГИС общего назначения обычно выполняет следующие процедуры над данными: ввод и переработка, запись и хранение, запрос и управление, тематическая обра­ботка и анализ, интерпретация и отображение.

Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компью­терные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо при небольшом объеме работ данные можно вводить с помощью дигитайзера. Отдельные данные поступают в ГИС уже в форматах, напрямую воспринимаемых ГИС-пакетами.

Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно до­полнительно видоизменить в соответствии с требованиями системы. Напри­мер, геопространственная информация может представляться в разных масш­табах (осевые линии улиц - в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе, поэтому ГИС-технология предоставляет разные способы манипулиро­вания пространственными данными, востребуемыми для конкретной задачи.

В небольших проектах геоинформация может храниться в виде обычных файлов, при увеличении объема информации и числа пользователей для хране­ния, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД) и специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в таб­личной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, в том числе и ГИС приложениях.

При наличии ГИС и соответствующих данных можно получать ответы на про­стые вопросы (Кто владелец данного земельного участка? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где расположена промзона) и более сложные, требующие дополнительного анализа запросы (Где есть места для строительства нового дома? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы могут задаваться как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно вы­являть и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если...». Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них выделены такие значимые как: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией, Он помогает ответить на вопросы типа: Сколь­ко домов находится в радиусе 100 м от этого водоема? Сколько жителей обслуживает поликлиника в заданном микрорайоне. Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это опе­рация отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позво­ляет, например, интегрировать данные о составе почв, близости и характеристики дорожной сети, растительности и землевладении со ставками земельного налога,

Для многих видов манипуляций и обработки пространственных данных конеч­ным результатом является их представление в виде карты или графика. Карта - это эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи геоп­ространственной информации. Раньше карты создавались только на твердой (бу­мажной) основе на несколько десятилетий. ГИС предоставляет новые инструмен­ты, существенно расширяющие и развивающие искусство и науку отображения геоданных. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками и таблицами, фотографиями и другими средствами, например мультимедийными.

Геоинформационные системы и технологии тесно связаны с рядом других ти­пов информационных систем. Основное отличие ГИС заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не сущест­вует единой общепринятой классификации информационных систем, приведен­ное ниже краткий анализпозволил отделить ГИС от других близких по назначению систем: автоматизированных картографических систем, систем автоматизирован­ного проектирования САПР (САБ), систем управления базами данных (СУБД) и дистанционного зондирования.

Системы автоматизированного картографирования используют картографи­ческое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является и источником информации, и базой данных, и средством отображения. Большинство систем автоматизирован­ного картографирования имеет по отношению к ГИС ограниченные возможнос­ти управления данными, пространственного анализа, манипулирования данными и визуализации.

Основное предназначение САПР - выполнение проектных работ с примене­нием компьютерной техники. САПР позволяет создавать конструкторскую и тех­нологическую документацию на отдельные изделия, здания и сооружения. САПР реализуется в виде комплекса прикладных программ, обеспечивающих проекти­рование, черчение, трехмерное моделирование плоских или объемных деталей. Не­которые системы САПР расширены до поддержки картографического представле­ния данных, но, как правило, имеющиеся в них утилиты не позволяют эффективно управлять и производить анализ больших баз пространственных данных.

Дистанционное зондирование - это научно-техническое направление для про­ведения наблюдений земной поверхности с использованием съемных систем, установленных на борту летательных аппаратов. Собранные данные в результате фотограмметрической обработки и дешифрирования могут быть использованы для создания и обновления карт. Однако из-за отсутствия мощных средств управ­ления и анализа графических данных системы ДЗ вряд ли можно отнести к совре­менным ГИС.

Системы управления базами данных предназначены для хранения и управления всеми типами данных, включая и географические (пространственные) данные. СУБД направлены на решение подобных задач, поэтому во многие ГИС встроена поддержка СУБД. Однако эти системы не имеют сходных с ГИС инструментов для графического анализа, визуализации и других видов интерпретации пространственных данных.

Способность ГИС проводить поиск в базах данных и осуществлять простран­ственные запросы помогает сократить время получения ответов на запросы кли­ентов; выявлять территории, подходящие для требуемых мероприятий; устанав­ливать взаимосвязи между различными объектами местности и явлениями при­роды и т. д. Например, риелторы могут использовать ГИС для поиска (домов на определенной территории, трехкомнатные и 10-метровые кухни) и выдачи более подробного описания для этих строений, введением дополнительных параметров, таких как получение списка всех домов, находящихся на заданном расстоянии от лесопаркового массива или места работы.

Таким образом одно из основных достоинств ГИС - предоставление возмож­ностей на единой информационной платформе и при использовании разнородных геопространственных данных получения решения комплекса отдельных задач, на­значение которых описаны в разделе 1.2 и представлены на схеме 1. Комплексность решения этих задач и есть следствие эффективности ГИС, вытекающей из ее интел­лектуальной интегрированности, картографической и трехмерной визуализации, наличия удобного графического интерфейса.

Эти качества ГИС способствуют улучшению управления как любой организации в целом, так и ее отдельных подразделений на принципе объединения имеющихся у нее экологических, социальных и технологических ресурсов.

ГИС, как и другие информационные технологии, подтверждает известное ут­верждение о том, что лучшая информированность помогает принять лучшее ре­шение. Однако ГИС - это не инструмент для выдачи окончательного решения, а только средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа про­странственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удоб­ном для восприятия виде.

Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в ви­де электронного картографического изображения с дополнительными текстовы­ми пояснениями, графиками и диаграммами, а также и в виде ЗО-моделей. На­личие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет абоненту сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысление доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффективный.

Картам в ГИС отведено особое место. Процесс создания карт в ГИС более про­изводителен и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отде­льные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом. На основе таких баз данных можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделе­нием и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. При этом созданная картографическая база данных может использоваться в качестве основы други­ми отделами и подразделениями, а также при быстром копировании данных и их пересылке по локальным и глобальным сетям, в том числе ведомствами, располо­женных в разных местах.